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Japon : exosquelettes et robots d’assistance pour tous Des robots mouches qui volent mieux que les insectes
mardi 4 août 2009

Des chercheurs ont démontré qu’ils savaient faire des robots miniatures qui savaient voler en dépensant moins d’énergie que les insectes qui battent des ailes, commes les mouches, pourtant réputés pour être efficaces.
Lorsqu’on conçoit un mini-robot volant, il y a 2 solutions : soit battre des ailes comme les insectes, soit utiliser une voilure tournante, type hélicoptère. On pensait jusque-là que le battement d’ailes était plus efficace pour un robot-mouche, qu’un rotor.

Mais les scienfitiques ont conçu un "robot" simplifié qui bat des ailes, et l’ont placé dans un bain d’huile pour mesurer l’énergie dépensée. L’ingénieur David Lentink à l’université de Wageningen (Pays-Bas), et le biologiste Michael Dickinson au California Institute de Caltech (Etats-Unis) se sont alors aperçus que la solution du rotor générait autant de portance que le battement d’ailes, tout en dépensant 50% d’énergie en moins ! Si la nature n’a pas utilisé cette solution, c’est probablement qu’elle était trop difficile à mettre en place pour un organisme vivant.

Les mini-robots volants peuvent avoir de nombreuses utilités : missions de surveillance, recherche de rescapés dans des bâtiments effondrés, détection de mines...
Voir en ligne : Source (sciencedaily / anglais)

Plus d'infos sur les sujets : biomimétisme, recherche

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Paris, 25 avril 2011

Nano-objets biomimétiques : vers la maîtrise des assemblages

Des chercheurs du CEA(1) , du CNRS(2) et du laboratoire pharmaceutique Ipsen ont récemment montré, en utilisant le synchrotron SOLEIL, qu'il est possible de générer des nanotubes de peptides dont le diamètre est parfaitement contrôlé. Formés par assemblage spontané d'un peptide, le Lanréotide, ces nanotubes sont conditionnés par la structure de cette « brique de base ». En modifiant judicieusement l'un des acides aminés du Lanréotide, les chercheurs ont réussi à obtenir une gamme de 17 nanotubes parfaitement réguliers et de diamètres maîtrisés. Une première qui ouvre de nombreuses perspectives notamment dans la sphère des nanotechnologies. Ces travaux sont publiés en ligne dans la revue PNAS.
Dans le domaine des nanotechnologies, il est important de contrôler la taille des nano-objets, puisque cette taille module les propriétés physiques de ces matériaux. Cependant, les tentatives de contrôle de la taille des architectures par modification de la brique unitaire, rapportées dans la littérature, ont souvent échoué. Adoptant une approche biomimétique, des chercheurs du CEA-iBiTec-S, du CNRS et d'Ipsen se sont intéressés à une petite molécule, le Lanréotide, un octapeptide cyclique(3). Cet analogue d'une hormone naturelle, la Somatostatine, est classiquement utilisé comme médicament. Composé de huit acides aminés, ce peptide possède la propriété de s'assembler dans l'eau en dimères(4), qui s'associent à leur tour pour former des nanotubes de diamètre défini. Ce type de structures auto-assemblées constitue une approche intéressante pour la synthèse de nanomatériaux car dans ces systèmes, la forme et la taille sont principalement conditionnées par la structure des briques de base.

Les chercheurs ont alors supposé que les acides aminés assurant les contacts entre peptides régissaient le rayon de courbure des nanotubes. Ils ont conçu un modèle géométrique qui explique dans quelle mesure une modification de quelques angströms sur la structure de base du peptide influe sur la taille du nanotube. Ce modèle leur permet de rationaliser, voire de prédire, les diamètres des nanotubes ainsi générés. La vérification expérimentale de ce modèle a été faite grâce à la synthèse d'analogues du Lanréotide. Toute la stratégie de cette étude a reposé sur la modification d'un acide aminé impliqué dans un contact entre peptides et sur la démonstration que ce changement entraîne une variation du diamètre des nanotubes de manière contrôlée.

Les chercheurs ont donc synthétisé des analogues du Lanréotide en substituant de manière ciblée un acide aminé par un autre. Ces peptides conservent des propriétés d'assemblage similaires à celles du Lanréotide et forment des nanotubes. La caractérisation de ces architectures, faite par microscopie électronique et diffusion de rayons X au synchrotron SOLEIL(5), démontre que le diamètre de ces nanotubes est effectivement corrélé à la taille de l'acide aminé introduit et qu'un peptide donné forme spontanément des nanotubes d'un seul diamètre. Une gamme de 17 nanotubes allant de 10 à 36 nm de diamètre a ainsi été obtenue en fonction de l'acide aminé incorporé.

L'utilisation en nanotechnologie de ces systèmes auto-assemblés biomimétiques s'appuie sur la possibilité de les utiliser comme moules. En effet, on trouve dans la nature de nombreux exemples dans lesquels des gabarits organiques sont utilisés pour contrôler la croissance de phases inorganiques (os, dent, carapaces, diatomées, etc.). Ainsi, en utilisant ces nanotubes de peptides comme des moules, les chercheurs ont montré qu'il est possible de maîtriser la production de nanotubes de silice de diamètre spécifique, ce qui ouvre la voie à un large panel d'applications en nanotechnologies, comme par exemple les fibres optiques ou la nano-filtration.

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Une nouvelle technique pour restaurer le rythme cardiaque

Un choc électrique de grande amplitude, souvent douloureux, est la seule méthode pour traiter certains cas d'arythmie cardiaque chronique. Une nouvelle technique reposant sur des impulsions beaucoup plus faibles a été conçue par une collaboration internationale de physiciens et de cardiologues (1) impliquant notamment Alain Pumir, chercheur CNRS au Laboratoire de physique de l'ENS Lyon (CNRS/ENS Lyon/Université Lyon 1). Testée in vivo, elle s'est avérée efficace pour restaurer le rythme cardiaque chez des animaux souffrant de fibrillations auriculaires (arythmies les plus fréquentes dans le monde). Même s'il reste à la tester sur des patients, ces premiers résultats sont encourageants et pourraient permettre d'imaginer des méthodes de défibrillation indolores. Ces travaux sont publiés le 14 juillet 2011 dans la revue Nature.
Avec plus de 10 millions de personnes touchées en Europe et aux États-Unis, la fibrillation auriculaire (ou atriale) est le plus fréquent des troubles du rythme cardiaque. Cette arythmie (2) correspond à une action non coordonnée de certaines cellules du muscle cardiaque. Des impulsions électriques peuvent alors se propager de manière chaotique dans le cœur, empêchant les contractions régulières de l'organe, et donc le transport de sang dans l'organisme. Pour réduire la fibrillation auriculaire et tenter de restaurer un rythme cardiaque normal, l'utilisation de médicaments est loin d'être suffisante. La méthode la plus efficace reste l'application d'un choc électrique externe (via un défibrillateur). La défibrillation consiste à faire passer volontairement et brièvement un courant électrique dans le cœur afin de restaurer rythme cardiaque normal. Cette impulsion électrique de grande intensité (champ électrique élevé) peut endommager les tissus et est souvent perçue comme très douloureuse. Jusqu'à présent, il était impossible de réduire son intensité sans prendre le risque que la défibrillation ne fonctionne pas.

Les chercheurs ont tout d'abord étudié les interactions entre le champ électrique et les tissus cardiaques. Imposer un champ électrique élevé (cas des défibrillateurs classiques) permet de générer des ondes dans le tissu cardiaque, principalement à partir des vaisseaux. Cet ensemble d'ondes s'annule ensuite, ce qui permet de restaurer le rythme cardiaque. Avec un champ électrique plus faible, les chercheurs ont supposé que moins de sources seront excitées. Leur hypothèse de travail a été la suivante : il faut réitérer à plusieurs reprises le choc électrique. C'est ce qu'ils ont ensuite vérifié in vivo. Utilisant un cathéter cardiaque classique, les chercheurs ont appliqué une série de cinq impulsions de faible intensité dans le cœur animal. Après quelques secondes, ce dernier battait à nouveau de manière régulière. Baptisée « LEAP » (pour Low-Energy Anti-fibrillation Pacing), leur nouvelle technique fonctionne sur le même principe que les défibrillateurs existants, tout en provoquant une réponse très différente dans le cœur. Peu après le choc électrique, le tissu cardiaque ne peut plus transmettre aucun signal électrique ; l'activité chaotique est terminée. Le cœur reprend alors son activité normale.

LEAP utilisant des champs électriques faibles, cette nouvelle technique serait moins douloureuse et moins dommageable pour le tissu cardiaque que les défibrillateurs existants (réduction de 80 % de l'énergie nécessaire). Autre atout, elle permet de restaurer le rythme cardiaque plus progressivement que les techniques actuelles. Chaque impulsion active davantage de tissus, permettant une suppression progressive de l'activité turbulente du cœur. Les vaisseaux sanguins ou autres « hétérogénéités » cardiaques, comme les défauts d'orientations des fibres cardiaques, agissent comme des centres de contrôle : une fois activés, ils permettent de « reprogrammer » le cœur.

Pour parvenir à ces résultats, les chercheurs se sont donc intéressés à la compréhension fine de l'effet du champ électrique sur le muscle cardiaque. Alain Pumir a apporté son expertise de physicien dans ce travail. Les expériences menées par Stefan Luther et Eberhard Bodenschatz au Max-Planck-Institut en Allemagne, Flavio Fenton et Robert Gilmour à l'Université Cornell aux États-Unis, et leurs collègues se sont appuyées sur des techniques de visualisation à haute résolution temporelle ou spatiale. Complétées par des simulations numériques, elles ont permis d'élucider de manière très précise les phénomènes impliqués.

Démontrés chez l'animal pour des fibrillations auriculaires, ces résultats pourraient également s'appliquer au traitement des fibrillations ventriculaires, une arythmie mortelle. LEAP pourrait alors permettre d'éliminer la douleur, d'améliorer le taux de succès du traitement, et de prolonger la durée de vie des batteries des défibrillateurs implantés ou externes actuellement utilisés. Prochaine étape : tester ce dispositif sur des patients, avant d'espérer développer de nouvelles thérapies pour traiter les arythmies cardiaques.

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